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分析LED驅動電源電路圖 常見LED驅動電源電路大全解析 KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-04-26 

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散熱、驅動電源、光源是做好一個LED照明產品最關鍵的幾個部分。雖然散熱顯得尤為重要,散熱效果直接影響到照明產品的壽命質量,但是光源是整個產品的核心部分,驅動電源本身的壽命及輸出電流、電壓的穩定性對產品的整體壽命質量也有很大影響。

LED驅動電源也是一個配套產品,目前市場上的電源品質參差不齊,下面提供一些LED驅動電源的相關知識。


一、 什么是LED驅動電源

LED驅動電源把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光的電壓轉換器,通常情況下:LED驅動電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。而LED驅動電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。LED電源核心元件包括開關控制器、電感器、開關元器件(MOSfet)、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器件等等。根據不同場合要求、還要有輸入過壓保護電路、輸入欠壓保護電路,LED開路保護、過流保護等電路。


二、LED驅動電源的特點

(1)高可靠

性特別像LED路燈的驅動電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費也大。


(2) 高效率

LED是節能產品,驅動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內的結散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內發熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。


(3)高功率因素

功率因素是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大,但晚上使用照明量大,同類負載太集中,會對電網產生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源,據說不久的將來,也許會對功率因素方面有一定的指標要求。


(4)驅動方式

現在通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式,組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電也就是“中科慧寶“改采用的驅動方式,LED串聯或并聯運行。它的優點是成本低一點,但靈活性差,還要解決某個LED故障,不影響其他LED運行的問題。這兩種形式,在一段時間內并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。


(5)浪涌保護

LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應,從電網系統會侵入各種浪涌,有些浪涌會導致LED的損壞。因此分析“中科慧寶“的驅動電源在浪涌保護方面應該有一定的欠缺,而至于電源及燈具頻繁更換,LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入,保護LED不被損壞的能力。


(6)保護功能

電源除了常規的保護功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過高;要符合安規和電磁兼容的要求。


三、按驅動方式分類

(1)恒流式恒流驅動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化,負載阻值小,輸出電壓就低,負載阻值越大,輸出電壓也就越高;恒流電路不怕負載短路,但嚴禁負載完全開路;恒流驅動電路驅動LED是較為理想的,但相對而言價格較高;應注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數量。


(2)穩壓式當穩壓電路中的各項參數確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化;穩壓電路不怕負載開路,但嚴禁負載完全短路;以穩壓驅動電路驅動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均;亮度會受整流而來的電壓變化影響。


四、整體恒流和逐路恒流工作方式優缺點

與整體恒流相較,逐路恒流雖然缺點比較多,成本也比較高。但是它能真正的起到保護LED和延長LED的壽命,所以逐路恒流才是未來的趨勢。

1)、輸入95~265V,輸出23V/280~300mA

2)、可驅動大功率7*1W

3)、體積最小,尺寸40mm*17mm*17mm

4)、PI方案,符合CE認證標準PMC測試

5)、寬壓恒流,性能穩定,轉換效率高


五、LED驅動電源電路圖

1、先從一個完整的LED驅動電路原理圖講起。本文所用這張圖是從網上獲取,并不代表具體某個產品,主要是想從這個圖中,跟大家分享目前典型的恒流驅動電源原理,同時跟大家一起分享大牛對它的理解,希望可以幫到大家。那么本文只做定性分析,只討論信號的過程,對具體電壓電流的參數量在這里不作討論。如圖1某LED驅動電路原理圖,這是一款可AC/DC輸入方式的LED驅動電路,使用無電解電容。是比較典型的LED驅動電路。

LED驅動電源電路圖

圖1LED驅動電路原理圖


原理分析:為了方便分析,把圖1分成幾個部分來講

1:輸入過壓保護---主要是雷擊或者市沖擊帶來的浪涌

2:整流濾波電路---將交流(或者是直流)變成直流的過程

3:箝位電路---------主要是吸收變壓器工作時產生的尖峰和反向電動勢

4:IC工作過程--------主要是IC的供電原理,變壓器的工作方式,電壓變換過程。

5:輸出整流---------將交流再次變成平滑理想的直流電壓過程

6:恒流原理---------電路中穩定輸出電流控制過程分析


LED驅動電源電路圖

圖2輸入過壓保護電路


1、輸入過壓保護電路:如果是DC電壓從“+48V、GNG”兩端進來通過R1的電阻,此電阻的作用是限流,若后面的線路出現短路時,R1流過的電流就會增大,隨之兩端壓降跟著增大,當超過1W時就會自動斷開,阻值增加至無窮大,從而達到保護輸入電路+48V不受到負載的影響)限流后進入整流橋, R1與RV構成了一個簡單過壓保護電路,RV是一個壓敏元件,是利用具有非線性的半導體材料制作的而成,其伏安特性與穩壓二極管差不多,正常情況顯高阻抗狀態,流過的電流很少,當電壓高到一定的時候(主要是指尖峰浪涌,如打雷的時候高脈沖串通過市電串入進來),壓敏RV會顯現短路狀態,直接截取整個輸入總電流,使后面的電路停止工作,此時,由于所有電流將流過R1和RV,因R1只有1W的功率,所以瞬間可以開路,從而保護了整個電路不被損壞。


2、整流濾波電路:當交流AC輸入時,則橋式整流器是利用二極管的單向導通性進行整流的最常用的電路,將交流電轉變為直流電。當直流DC(+48V)電壓直接進入整流橋BD時,輸出一個上正下負的直流電壓,如果+48V電源本身也是直流的,那整流橋的作用就是對輸入起到的是極性保護作用,無論輸入是上正下負還是上負下正都不會損壞驅動電源,通過C1\C2\L1進行濾波,圖3是一個LCΠ型濾波電路,目的是將整流后的電壓波形平滑的直流電。點擊放大圖片

LED驅動電源電路圖

圖3LCΠ型濾波電路


3、箝位吸收電路:圖4紅框內為箝位吸收電路。箝路電路存在的理由其實就是保護IC里面的MOS管,其過程為--整流濾波以后的電壓分成2路,一路通過變壓器繞組后進入U1的TK5401的第7、8腳,下文會介紹U1,先看箝位這一路,這路是通過R1、C3、D2然后也連到7、8腳,這個R1、C3、D2就組成了一個簡單的箝位電路,主要功能就是用來吸收尖峰和浪涌的,和RV壓敏電阻作用不同的是,RV主要是防止打雷或者市電沖擊起到保護作用,箝位功能是吸收變壓器TRANS2-2繞組兩端的反向電動勢,消除自激振蕩,起到快速復位作用,為變壓器一個周期做準備,如果變壓器得不到復位就會飽和,會失去感抗, R1和C3組成了一個RC充放電回路,用來反向積累的電動勢,D2主要是隔離作用,變壓器在正半周的時,感應電動勢為上正下負時,使整過環路處于斷開狀態,而變壓器進入負半周時,給箝位電路提供通路,快速將電動勢環路處于斷開狀態,而等變壓器進入負半周時,給箝位電路提供通路,快速將電動勢釋放,從而達到保護IC里頭的MOS管不被尖峰擊穿而損壞。


LED驅動電源電路圖

圖4箝位吸收電路


4、 U1工作原理:這款LED驅動IC--TK5401驅動器,主要的特點是為無需在應用電路上使用電解電容器而設計的。該IC的主要特點是高低電壓過流保護補償,不需要電解電容的高PF值。內置高電壓功率MOS管650/1.9歐姆,支持通用交流輸入電壓AC85V--265V,該IC的驅動電路通過脈沖檢測漏電流峰值,在D/ST(7腳,8腳)端電壓高于OCP電壓時關閉功率MOS管,漏電流保護連接在s/ocp(1腳)和GND(3腳)間的電流采樣電阻。當采樣電阻的壓降達到OCP電壓閥值,就關閉功率MSG管。


通俗一點說,該電路的變壓器采用反激式工作方式,如圖5:即變壓器的初級和次級的相位是相反的,在同一時間,兩者相關180度。


LED驅動電源電路圖

圖5變壓器采用反激工作方式


整流濾波后通過變壓器繞組然后進到IC的7、8腳,這個7、8腳就是IC里面MOS管的“D極”也叫漏極,接地的是“S極”也叫源極,整過電源電壓的變換都由D極”和S極兩個引腳的接通和斷開來實現,就是它們工作時會一直處在接通和不接通狀態,反復的接通和斷開使變壓器實現在電--磁-電的變換,至于它是怎么進行接通和不接通的?這個頻率又是多少?下面分析一下工作過程:


①第一次變換的建立:當U1上電,通過7、8腳連通的內部啟動電路給供電,使用U1開始工作,此時U1將輸出方波脈沖傳遞給U1內部MOS管的“G極”也叫柵極,使D極和S極接通,這時D極和S級等電位,而S極又是接地的,等于把變壓器的一端瞬間接地,從而產生回路,變壓器是感性元件,電流不能突變,所以它自身會產生感抗來阻止電流突變。按照線性的曲線進行變化,慢慢上升,為了能夠阻止它突然,它會產生一個與它相反的感應電壓勢來抑制它,這樣一來,下面的繞組和次組繞組就會跟著產生電動勢,從而產生電壓,電—磁—電轉換的機理也在于此,當然這是變壓器和磁性材料本身具有的特性。


②第二次變換的建立:當變壓器下面的繞組產生電動勢以后(我們通常把它叫著正反饋供電繞組),通過D3整流,R3限流,再經C4濾波后分成二路進行供電,一路給U1的第2腳供電,另一路給光電耦合器件PC817供電,當第2腳開始供電時,U1內部的整個PWM供電控制系統將自動轉到由正反饋繞組供電,使內部振蕩電路繼續工作,從而輸出第2個脈沖控制信息,使MOS管開次開通,如此周而復始的使用MOS不斷的處理開和關狀態進而讓變壓器工作在電-磁-電的轉換狀態。圖6是TK5401工作時序。圖7為TK5401內部框圖。


LED驅動電源電路圖

圖6TK5401工作時序

LED驅動電源電路圖


圖7TK5401內部框圖



5、輸出整流電路:如圖8為輸出整流電路。變壓器工作以后,次級就會輸出一個電壓通過D4整流,C8和L1進行濾波,然后給LED燈進行供電,這里的L1除了能夠濾波,還有續流的作用,就是保持輸出電流的一致性,正是利用電感中的電流不能突然這一特性。

LED驅動電源電路圖


6、恒流電路:恒流電路是整個電路原理圖的實質,如圖8,是恒流電路的幾個組成部分

為了更清楚的說明恒流的工作,有必要重新認識這個U1。

LED驅動電源電路圖

圖9U1引腳說明


U1的每個引腳功能,8腳為MOS輸入端,6腳是空腳,5腳外接的電容是振蕩電容,直接決定了RC時間常數,就是充放電時間,一般充電MOS管是接通時間,放電是斷開時間,4腳是電壓檢測腳,通過對4腳的電壓值控制輸出脈沖的占空比,3腳接地端,2腳是U1供電腳,第1腳外接的電阻和第5腳的電容組成了RC電路,給U1內部提供振蕩源,脈沖的充放電時間常直接由這個電阻和電容決定。4腳外接的光耦PC817,另一端PC817和輸出電路R4兩端相并聯, R7在這里是起到檢測電流的作用,根據電壓=電流*電阻的原理,電流越大,R4兩端的電壓就會越大,電壓越大,那么并連到R4兩端的PC817也會有電壓并且開始導通,導通后副邊的RV也會跟著導通,就是它內阻下降,這樣一來第4腳的電壓就會上升,上升以后與U1里面的基礎電壓相對比,然后會直接輸出一個信號使MOS管提成關斷,從而達到恒流目的。

LED驅動電源電路圖

圖10恒流電路


五、總結:LED驅動電源電路圖和其他用電器電源電路一樣,不同的是led驅動電源可能設計圖會不一樣,但它的輸出電流是恒定的,理想的電路是無論LED的特性曲線怎么變化,驅動電源的電流保持不變. 這是LED的伏安特性決定。作為電源工程師,我們知道LED的特性需要恒流驅動,才能保證其亮度的均勻,長期可靠的發光。LED是節能產品,驅動電源也要符合節能的要求。今天給大家分析的這個僅僅是LED的一個典型可以AC/DC輸入,且可采用無電解電容驅動電路的一個案例原理,只是做了一些定性分析


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LED驅動電源電路圖

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